基于物理核心素养下的《超重和失重》教学设计

姜 华（山东省烟台第三中学）

高中物理课程标准强调在课程的设计和实施过程中应以培养学生的核心素养为目标。我在《超重和失重》教学设计中，以创设问题情境为切入点，以解决问题为主线，以发展学生科学思维能力并经历科学探究的过程为重点，潜移默化提升学生物理核心素养。

一、形成物理观念

教学片段1：用细线挂一个200g的钩码。第一次，拉钩码缓慢向上运动（匀速直线运动），此时拉力等于重力，纸条没有断；第二次，拉钩码加速向上运动，纸条断了，此时拉力大于重力。

二、发展科学思维

一是构建模型。教学片段2：让学生观看视频《电梯超载》，观察：电梯静止时，电梯安全；电梯向上加速时，电梯坠落，引导学生将生活情景抽象成运动模型。

教学片段3：用实验来解释“宇航员为什么在超重时会昏厥？”具体方案：用透明的饮料瓶代表人体，里面的红色液体代表血液。饮料瓶口朝下，并且用橡胶膜包住。当瓶子超重时，学生能够看出橡胶膜向下凸起的程度变大。这个实验形象说明了宇航员在超重时血液向下流，脑部缺血，容易昏厥。

二是提高科学思维。“分析力学问题”软工具的使用，能够帮助学生将复杂的物理过程清晰化、结构化、系统化。

教学片段4：分析和论证的教学环节中，“分析力学问题”软工具（见表1）。

表1

三、培养科学探究

教学片段5：学生分组实验，引导学生按科学探究过程的七步进行。

第一步：提出问题：超重和失重的条件是什么？

第二步：猜想与假设

1.与速度的方向有关？向上运动时，可能超重；向下运动时，可能失重。2.与速度的变化有关？加速运动时，可能超重；减速运动时，可能失重。3.与加速度的方向有关？加速度向上时，可能超重；加速度向下时，可能失重。

第三步：设计实验

1.将“钢绳牵引电梯的运行”抽象成实验室可操作的“弹簧秤悬挂钩码的向上和向下的运动。”

2.为了能够读出弹簧秤的最大值和最小值，在弹簧秤指针的上面和下面放一块海绵，这样海绵能够随着指针一起运动并停在示数的最大值和最小值处。

第四步：进行实验

1.将实验数据填入表格（见表2）

2.分析数据，得出结论

第五步：分析与论证。

第六步：评估

1.在运动的过程中不方便观察弹簧秤的示数，读出的数据误差很大。2.海绵的作用只能记录整个运动过程中的最大值和最小值，不能读出多组数据。3.海绵与弹簧秤之间有摩擦，造成实验误差。

第七步：交流与合作

自制教具“电梯模型”，探究超重、失重时拉力大小变化，通过传感器获得图像，学生交流得出规律。

表2